Details

В ходе выполнения дипломной работы были проанализированы модели и методы гибридного диаграммообразования в системах беспроводной связи 4G/5G, разработана математическая модель гибридного предкодирования, реализованы алгоритмы в среде MATLAB и проведено сравнение различных архитектур и подходов. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Разработка математической модели системы гибридного диаграмообразования. 2. Исследование и анализ алгоритмов гибридного диаграмообразования. 3. Разработка методики сравнительного анализа. Имитационное моделирование алгоритмов гибридного диаграммообразования выполнялось в среде MATLAB. Для разработки программного продукта выбран язык Python. В качестве основных инструментов использованы библиотеки NumPy (научные вычисления) и Matplotlib (визуализация), а графический интерфейс реализован с помощью Tkinter. Алгоритмическая часть симулятора основана на методах ортогонального отбора (OMP) и сингулярного разложения (SVD) для гибридного предкодирования (об этом шла речь в теоретическом разделе работы). В результате выполненной работы достигнута заявленная цель: создан интерактивный учебно-демонстрационный комплекс, позволяющий в реальном времени демонстрировать влияние ключевых параметров (числа антенн, числа RF-цепей и др.) на форму диаграммы направленности. Все поставленные задачи успешно решены. Проведённый анализ подтвердил, что гибридное диаграммообразование обеспечивает оптимальный компромисс между спектральной эффективностью и аппаратной сложностью для современных систем Massive MIMO.

In the course of this thesis, models and methods of hybrid beamforming in 4G/5G wireless communication systems were analyzed. A mathematical model of hybrid precoding was developed, algorithms were implemented in the MATLAB environment, and a comparison of various architectures and approaches was carried out. The objectives of the study were: 1. Development of a mathematical model of a hybrid beamforming system. 2. Investigation and analysis of hybrid beamforming algorithms. 3. Development of a methodology for comparative analysis. Simulation modeling of hybrid beamforming algorithms was performed in the MATLAB environment. Python was chosen as the programming language for software development. The main tools used were the NumPy library (for scientific computing) and Matplotlib (for visualization), while the graphical user interface was implemented using Tkinter. The algorithmic part of the simulator is based on Orthogonal Matching Pursuit (OMP) and Singular Value Decomposition (SVD) methods for hybrid precoding, which were discussed in the theoretical section of the work. As a result of the completed work, the stated goal was achieved: an interactive educational and demonstration complex was developed, allowing real-time visualization of the influence of key parameters (such as the number of antennas, the number of RF chains, etc.) on the radiation pattern. All the set objectives were successfully accomplished. The conducted analysis confirmed that hybrid beamforming provides an optimal compromise between spectral efficiency and hardware complexity for modern Massive MIMO systems.